【正文】 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 1 第 3章 水化學與水污染 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 2 本章學習要求 ? 了解溶液的通性 。 ? 明確酸堿的近代概念 ， 酸堿的解離平衡和緩沖溶液的概念 ， 掌握有關 pH值的計算 。了解配離子的解離平衡及其移動； ? 掌握沉淀與溶解平衡 、 溶度積規(guī)則及其有關計算； ? 了解膠體的聚沉 、 保護及表面活性劑的結構和應用； ? 了解水體的主要污染物的來源及其危害 。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 3 溶液的通性 水溶液中的單相離子平衡 難溶電解質(zhì)的多相離子平衡 膠體與界面化學 水污染及其危害 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 4 溶液的通性 溶液有兩大類性質(zhì)： 1） 與溶液中溶質(zhì)的本性有關 ：溶液的顏色 、 比重 、 酸堿性和導電性等； 2） 與溶液中溶質(zhì)的獨立質(zhì)點數(shù)有關 ：而與溶質(zhì)的本身性質(zhì)無關 ————溶液的依數(shù)性 ， 如溶液的蒸氣壓 、 凝固點 、 沸點和滲透壓等 。 ?難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液 有一定的 共同性 和 規(guī)律性 。該類性質(zhì)稱為稀溶液的 通性 ，或稱為 依數(shù)性 。 ?包括： 稀溶液蒸氣壓的下降 、 沸點上升 、 凝固點下降 和 稀溶液的滲透壓 。 （ 與純?nèi)軇┍容^ ） 。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 5 組成的標度 —— 溶劑 A + 溶質(zhì) B m： 1kg溶劑中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量， SI單位 mB = nB/wA nB —溶質(zhì) B的物質(zhì)的量，單位為 mol。 wA—溶劑的質(zhì)量，單位為 kg。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 6 2. 摩爾分數(shù) (或物質(zhì)的量分數(shù) ) —— 以溶液中的總物質(zhì)的量除任何一物質(zhì)的量，即 為該 物 質(zhì)的摩爾 分數(shù)，是單位為一的量。 設有雙組分溶液，溶劑 A和溶質(zhì) B的物質(zhì)的量分別為 nA和 nB，則 總nnnnnx BBABB ???注意：無論有若干種物質(zhì)，摩爾分數(shù)之和總是等于 1。 總nnnnnx ABAAA ???1BA ?? xx首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 7 非電解質(zhì)溶液的通性 1 蒸氣壓下降 在一定溫度下，液體及其蒸氣達到相平衡時，蒸氣所具有的壓力稱為該溫度下液體的 飽和蒸氣壓 ，簡稱 蒸氣壓 。 思考 ： 蒸氣壓與溫度有什么關系？ 不同溶劑蒸氣壓不同，相同溶劑溫度升高，蒸氣壓增大。例如： p(H2O, l , 298K)=3167 Pa p(H2O, l, 373K)= 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 8 溶液中溶劑的蒸氣壓下降 法國物理學家拉烏爾據(jù)實驗得出以下定量關系：在一定溫度下，難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降 Δp與溶質(zhì)的摩爾分數(shù)成正比，而與溶質(zhì)的本性無關。即： Δp = pAxB 其中 xB是溶質(zhì) B在溶液中的摩爾分數(shù)， pA是純?nèi)軇┑恼羝麎骸Ｈ羧芤旱馁|(zhì)量摩爾濃度為 mB，則 式中， k為只與溶劑性質(zhì)有關的常數(shù)。 BABAAAABAABABABABA)( mkwnMpMwnpnnpnnnpxpp???????????????首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 9 蒸氣壓下降的應用 測定溶質(zhì)分子的相對摩爾質(zhì)量 設質(zhì)量為 WB的溶質(zhì)溶于質(zhì)量為 WA的溶劑中，則有： BBAABBA ///MWMWMWpp????干燥劑工作原理 CaCl NaOH、 P2O5等易潮解的固態(tài)物質(zhì)，常用作干燥劑。因其易吸收空氣中的水分在其表面形成溶液，該溶液蒸氣壓較空氣中水蒸氣的分壓小，使空氣中的水蒸氣不斷凝結進入溶液而達到消除空氣中水蒸氣的目的。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 10 2 溶液的沸點上升 沸點 ：液體蒸氣壓達到 (1atm)時的溫度 。 沸騰溫度 ：液體蒸氣壓與外界壓力相等時的溫度 。 固體表面的分子也能蒸發(fā) ， 具有一定的蒸氣壓 。 固體與其蒸氣在密閉容器中可達到平衡 。 難揮發(fā)物質(zhì)的溶液的沸點總是高于純?nèi)軇┑姆悬c，二者之差為： △ Tbp = Tbp – Tb = kbp?m kbp稱為溶劑的摩爾沸點上升常數(shù)，單位為 Kkgmol1。 p T 溶劑 溶液 Tbp Tb p 圖 沸點上升示意圖 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 11 溶液的凝固點總是低于純?nèi)軇┑哪厅c，它們之差為： △ Tfp = Tfp－ Tf = kfp m kfp 稱為溶劑的摩爾凝固點下降常數(shù)。 特點 ?Kfp, kbp只與溶劑種類有關 ?同種溶劑： kfp ＞ kbp 凝固點 （熔點）：液相和固相蒸氣壓相等時的溫度 ——固相與液相共存時的溫度。 p T 溶劑 溶液 溶劑的液 固平衡線 Tf Tfp 圖 凝固點下降示意圖 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 12 沸點和凝固點測定的應用 ? 測定分子的相對摩爾質(zhì)量 以凝固點下降應用較多 ∵ kf p＞ kbp， ΔTfp ＞ ΔTbp 實驗誤差較小 ， 且凝固時有結晶析出 ， 易于觀察 。 當溶質(zhì)的相對摩爾質(zhì)量 MB很大時 ，由于 ΔTf太小， 準確性差 因此只適用于 MB較大的情況。 ? 防凍劑工作原理 冬天為防止汽車水箱結冰，可加入甘油、乙二醇等以降低水的凝固點，避免因結冰，體積膨脹而使水箱破裂。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 13 ? 冷凍劑工作原理 工業(yè)冷凍劑如在冰水中加氯化鈣固體 ,由于溶液中水的蒸氣壓小于冰的蒸氣壓 ,使冰迅速熔化而大量吸熱 ,使周圍物質(zhì)的溫度降低。 食鹽 冰 （ 30g NaCl + 100g H2O(s)） 22℃ CaCl2冰 （ CaCl2 + 100g H2O(s)） 55℃ ? 低熔合金的制備 利用固態(tài)溶液凝固點下降原理 ， 可制備許多有很大的實用價值的合金 。 如 33%Pb(℃ )與 67%Sn(℃ )組成的焊錫 ， 熔點為 180℃ ， 用于焊接時不會使焊件過熱 ，還用作保險絲 。 又如自動滅火設備和蒸汽鍋爐裝置的伍德合金 ， 熔點為 70℃ ， 組成為 Bi： 50%、 Pb： 25%、 Sn： %、 Cd： %。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 14 4 溶液的滲透壓 滲透現(xiàn)象 —— 溶劑通過半透膜進入溶液或溶劑從稀溶液通過半透膜進入濃溶液的現(xiàn)象 （ 單向擴散 ） Π 滲透壓 —— 阻止?jié)B透進行所施加的最小外壓 ,用П表示 。 在數(shù)值上 ， c R TRTVnΠn R TΠV??? 或圖 溶液滲透壓示意圖 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 15 滲透壓測定的應用 測定分子的相對摩爾質(zhì)量 滲透壓有較大數(shù)值 ， 容易測定 ， 因此可以準確測定化合物的相對摩爾質(zhì)量 。 例如：濃度為 kg1的某高分子物質(zhì) （ 如蛋白質(zhì) ） 的水溶液 ， 其沸點升高的數(shù)值為 ΔTfp = ，因此用沸點升高的方法測定是十分困難的 。 若用滲透壓法 ， 則 π= cRT =（ 103 ） Pa = 103 Pa 此數(shù)值可以很精確地測定。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 16 等滲溶液與反滲透 等滲溶液 人體血液的滲透壓約為 780kPa， 病人注射或輸液時 ，使用 %的 NaCl溶液 （ moldm3） 或 5%的葡萄糖溶液 (dm3)， 這兩種溶液與紅細胞和血漿都是等滲溶液 （ 即滲透壓相等 ） 。 反滲透 若外加在溶液上的壓力大于滲透壓，則會使溶液中的溶劑向純?nèi)軇┓较蛄鲃樱辜內(nèi)軇w積增加，該過程叫 反滲透 。廣泛用于海水淡化、工業(yè)廢水的處理及溶液的濃縮等，關鍵在于耐高壓半透膜的制備。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 17 5 稀溶液的依數(shù)性 難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的性質(zhì) (蒸氣壓下降，沸點上升和凝固點下降，以及溶液滲透壓 )與一定量溶劑中溶質(zhì)分子的數(shù)目成正比 ,而與溶質(zhì)本性無關的現(xiàn)象 ,稱為 稀溶液的依數(shù)性 ，也稱 稀溶液定律 。 濃溶液中溶質(zhì)的微粒數(shù)較多 ， 溶質(zhì)微粒間的相互作用及溶質(zhì)微粒與溶劑分子間的相互作用復雜 ， 使稀溶液定律的定量關系產(chǎn)生偏差 。 而在電解質(zhì)溶液中 ， 由于電解質(zhì)的解離 ，使得稀溶液定律的定量關系不適用 。 思考 ： 相同濃度的電解質(zhì)溶液的蒸氣壓與非電解質(zhì)比如何變化？ 其蒸氣壓下降，沸點上升和凝固點下降，以及溶液滲透壓的數(shù)值變化均比同濃度的非電解質(zhì)大。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 18 電解質(zhì)溶液的通性 阿侖尼烏斯根據(jù)電解質(zhì)溶液不服從稀溶液定律的現(xiàn)象，提出了電離理論。 1903年他獲得了諾貝爾化學獎。電離理論認為電解質(zhì)分子在水溶液中解離成離子，使得溶液中的微粒數(shù)增大，故它們的蒸汽壓、沸點、熔點的改變和滲透壓數(shù)值都比非電解質(zhì)大。 解離度 ——溶液中已解離的電解質(zhì)的分子數(shù)與電解質(zhì)總分子數(shù)之比。 %100?? 電解質(zhì)的起始濃度已解離的電解質(zhì)濃度解離度 ?首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 19 附例 將質(zhì)量摩爾濃度均為 molkg1的 BaCl2, HCl, HAc, 蔗糖水溶液的粒子數(shù)、蒸氣壓、沸點、凝固點和滲透壓按從大到小次序排序 : 解 ： 按從大到小次序排序如下： 粒子數(shù) BaCl2 →HCl → HAc → 蔗糖 蒸氣壓 蔗糖 → HAc → HCl → BaCl2 沸點 BaCl2 → HCl → HAc → 蔗糖 凝固點 蔗糖 → HAc → HCl → BaCl2 滲透壓 BaCl2 → HCl → HAc → 蔗糖 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 20 從部分電解質(zhì)的 kg1溶液的凝固點下降數(shù)值與理論值的比較可以得到電解質(zhì)溶液的偏差 i 值 電解質(zhì) 實測 ΔT’f / K 計算 Δ Tf / K i= ΔT’f / Δ Tf NaCl HCl K2SO4 CH3COOH 可以看出，產(chǎn)生的偏差有以下規(guī)律： A2B(AB2)強電解質(zhì) AB強電解質(zhì) AB弱電解質(zhì) 非電解質(zhì) 思考：你還能舉例說明電離理論的其他應用嗎？ 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 21 水溶液中的單相離子平衡 水溶液中的單相離子平衡一般分為酸、堿的解離平衡及配離子的解離平衡兩類。 根據(jù)解離度的大小，將電解質(zhì)分為強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)兩類。強電解質(zhì)在水中全部解離，而弱電解質(zhì)在水溶液中只有部分解離，大部分仍以分子形式存在。弱電解質(zhì)在水溶液中存在解離平衡。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 22 酸堿在水溶液中的解離平衡 1 酸堿的概念 按先后次序，酸堿理論主要有以下幾種： ? 酸堿電離理論 （ 阿氏水離子論 ） 在水溶液中解離時所生成的正離子全部是 H+的化合物是 酸 ；所生成的負離子全部是 OHˉ的化合物是 堿 。 酸堿中和反應的實質(zhì)是 H+ + OHˉ = H2O。 酸堿電離理論的缺陷： ? 把酸、堿的定義局限于以水為溶劑的系統(tǒng)。 ?無法解釋 NH Na2CO3均不含 OHˉ， 也具有堿性。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 23 酸堿質(zhì)子理論 凡能 給出質(zhì)子 的物質(zhì)都是 酸 ；凡能 結合質(zhì)子 的物質(zhì)都是 堿 。 酸 、 堿可以是分子 ， 也可以是離子 。 酸給出質(zhì)子后可以再結合質(zhì)子 ， 因此酸給出質(zhì)子后就變?yōu)閴A： 酸 質(zhì)子 + 堿 (質(zhì)子給予體） (質(zhì)子接受體） 如在水溶液中 HCl(aq） H+(aq) +Cl(aq) HAc(aq) H+(aq) +Acˉ(aq) NH4+(aq) H+(aq) +NH3(aq) HCO3(aq) H+(aq) + CO32(aq) Al(H2O)63+ H+(aq)+ Al(H2O)5(OH)2+ 酸 質(zhì)子 + 堿 首 頁 末